Лабораторная работа № 2 переносчик информации на основе импульсных сигналов сложной формы
Цель работы: ознакомление с переносчиком информации на основе периодической последовательности импульсных сигналов сложной формы (ИССФ), изучение некоторых свойств частотных спектров ИССФ и их применение для рассматриваемого переносчика в информационных системах.
1. Краткие теоретические сведения
Применение ИССФ в качестве переносчика информации в информационно-вычислительных, измерителльно-вычислительных, а также в управляющих вычислительных комплексах различного назначения (в машиностроении, медицине, физике и т. д.) позволяет получить ряд новых свойств, отличающих его от других переносчиков.
В отличие от широко известного переносчика на основе периодической последовательности прямоугольных импульсов (ПППИ) (рис. 1, а) в переносчике на основе ИССФ вместо одиночных прямоугольных импульсов (рис. 1, а) используются периодически повторяющиеся группы импульсов (рис. 1, б), параметры которых (амплитуда, длительность, фаза, их количество) выбираются соответствующим образом для получения определённых свойств ИССФ. На этом рисунке рассмотрен случай амплитудно-импульсной модуляции первого рода (АИМ-1), хотя возможны и другие известные виды импульсной модуляции.
Рис. 1
ИССФ могут быть образованы суммой как несмещенных относительно друг друга (перекрывающихся во времени), так и смещенных (неперекрывающихся во времени) ПППИ. В первом случае элементарные импульсы разных ПППИ должны иметь разные длительности. Во втором случае длительности элементарных импульсов разных ПППИ могут быть как разными, так и одинаковыми.
П
рименение
ИССФ в качестве переносчика информации
позволяет подавить в спектре модулированного
сигнала (рис. 2) заданное число спектральных
зон (спектральной зоной называют k-ю
гармонику спектра с частотой kF и
боковыми составляющими вокруг нее с
частотами kF+Fм и kF-Fм, где F - частота
повторения ИССФ, Fм - максимальная частота
в спектре модулирующего сигнала).
Постоянную составляющую и составляющую
с частотой Fм
будем называть нулевой спектральной
зоной.
Рис.2
Какие конкретно спектральные зоны должны быть подавлены, зависит от решаемой задачи.
При восстановлении (демодуляции) непрерывных сигналов с помощью фильтров нижних частот необходимо в спектре ИССФ оставить нулевую спектральную зону, в которой находятся составляющие демодулируемого сигнала. В этом случае при подавлении нескольких спектральных зон, начиная с первой и далее, т. е. k=1,2,...,n-1, появляется возможность расширить спектр модулирующего сигнала.
Для согласования спектров передаваемых сигналов с полосой частот пропускания каналов связи, имеющих искажения (завал) АЧХ в области низких частот, необходимо подавить несколько первых спектральных зон, включая нулевую.
1.1. Формирование иссф из несмещенных пппи
Если последовательность ИССФ образована из суммы n несмещенных ПППИ, то в спектре такой последовательности можно подавить n - 1 спектральных зон.
Число элементарных импульсов, из которых будет состоять сформированный ИССФ, определится как M=2n - 1.
Спектральные зоны, начиная с первой, будут подавлены при определенных соотношениях амплитуд Ui и длительностей i импульсов соответствующих ПППИ. Для расчета указанных параметров исходных импульсов необходимо решить систему из (n-1) уравнений [1]:
k=1,
2, ... ,
n-1. (1)
Обратите внимание на то, что число уравнений в системе равно числу подавляемых спектральных зон, а число слагаемых в каждом уравнении равно числу исходных ПППИ.
Система уравнений (1) не имеет однозначного решения относительно амплитуд и длительностей ПППИ. Обычно, исходя из простоты технической реализации, длительности импульсов задают таким образом, чтобы отношение Т/i было целым числом, а для еще большего упрощения, чтобы оно было степенью 2. Однако и в этом случае число уравнений в системе (1) меньше числа неизвестных на единицу. Поэтому необходимо задаться амплитудой импульсов одной из исходных ПППИ, например U1. При этих ограничениях решение системы (1) относительно Ui становится единственным. При выборе амплитуд элементарных импульсов ИССФ необходимо учитывать допустимый диапазон изменения сигнала на входе преобразователей.
Представление непрерывных сигналов при дискретизации импульсными сигналами сложной формы дает ряд преимуществ по сравнению с представлением обычными ПППИ:
снижение требований к фильтрам нижних частот при восстановлении непрерывных сигналов фильтрационным способом;
возможность расширения частотного диапазона дискретизируемого сигнала при заданном периоде дискретизации Т;
возможность согласования спектра ИССФ с полосой частот пропускания некоторых типов преобразователей и каналов связи.